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永远追求更快更远:漫谈战舰动力系统的演变

对于一艘战舰来说,速度是非常重要的性能指标。要达到尽可能高的速度,战舰需要有一个强悍的动力系统。



在现在依然使用蒸汽轮机的,只有部分大型舰艇与核动力舰艇了


在二战结束之前,蒸汽轮机是几乎所有的战舰在动力方面的不二选择,在战后,蒸汽轮机只有在使用核动力的战舰与其他少部分战舰上才能看到了。将蒸汽轮机挤下神坛的,则是战后发展起来的柴油机与燃气轮机。这两种发动机,成为了目前世界上海军战舰的主流动力。那么这两种发动机,哪一种更加优秀一些呢?

 


“德意志”级袖珍战列舰采用了柴油机作为动力,续航力极强


其实早在蒸汽轮机占据舰艇动力头号交椅的二战时期,柴油机就已经出现在海军的战舰上了。例如德国海军的“德意志”级袖珍战列舰,就是一款使用柴油机作为主动力的舰艇。柴油机相对于蒸汽轮机,最大的优势就是油耗较低,同时启动速度较快。采用柴油机的“德意志”级袖珍战列舰,以仅仅1.6万吨的满载排水量,就实现了16000海里/15节,10000海里/20节的续航能力。



没有对比就没有伤害,比她吨位大不少,满载排水量达到了2.7万吨的英国皇家海军“皇家方舟”号航母,续航能力才只有8700海里/20节。



65型护卫舰为了容纳大型柴油机,特地设计了长首楼型舰体


但是,柴油机最大的问题是单机功率很难提升。随着柴油机单机功率的提升,其体积也成几何倍数随之提高。中国海军在成立之初,由于没有合适的发动机,使用大功率民用柴油机的65型火炮护卫舰,被迫为体积巨大的柴油机特别设计了长首楼的舰体。



现代大型低速柴油机的体积巨大,一般战舰根本无法容纳


目前世界上主流的民用大型低速柴油机,其高度已经达到了数层楼之高。很明显,这样的柴油机一般的舰船是无法使用的。

 


1962年服役的“卡辛”级驱逐舰,是世界上第一艘全部使用燃气轮机作为动力的作战舰艇


与柴油机相比,燃气轮机则是船舶动力中的后起之秀。二战结束后,英国人才将世界上首台船用燃气轮机装上了一艘炮艇,1959年开工,1962年服役的苏联61型“卡辛”级驱逐舰是世界上首艘全部使用燃气轮机作为动力的作战舰艇。



目前舰船上使用的燃气轮机已经实现了模块化,LM2500燃气轮机已经可以完整封装在箱体里装舰使用


很快,燃气轮机就在世界各国海军中流行开来,成为了现代大中型军舰的主流动力。燃气轮机能够获得各国海军青睐,不是没有原因的:燃气轮机的单机功率较大,体积小,还能够实现模块化;对燃料的要求较低,可以使用多种燃料,启动速度最快,维护性能最好,振动与噪音也是最低的,适合反潜作业。

 


采用燃气轮机的“阿利·伯克”级续航力始终不足,需要多次进行补给


但是燃气轮机也有着自己的麻烦:首先是燃气轮机需要的空气流量较大,需要战舰在总体设计上做出考虑;其次是燃气轮机的价格昂贵,以世界上使用最普遍的LM2500燃气轮机为例,一台LM2500燃气轮机的出售价格就高达1600万美元左右。不过这些还不是最大的麻烦,燃气轮机最大的问题在于油耗相当高,尤其是在低速运行的情况下,其油耗之大,令所有使用者都头疼不已。

 


德国人对自身机械水平很有自信,F124型护卫舰采用了少见的CODAG柴燃联合动力


采用柴油机,战舰的动力不足始终是个问题;采用燃气轮机,如何解决油耗问题呢?于是,人们想到了在战舰上同时安装柴油机与燃气轮机。这样采用两种发动机的战舰动力,人们按照两种发动机是否同时工作,将其分为柴燃交替(CODOG)与柴燃联合(CODAG)。在CODAG动力中,低速情况下战舰由柴油机驱动;在高速情况下战舰由柴油机与燃气轮机联合驱动。但是这种驱动方式对齿轮箱的设计、制造要求过高,因此除了一贯机械天赋爆表的德国人,基本没人敢于采用这种动力。目前世界上的主流,是低速由柴油机驱动、高速由燃气轮机驱动的CODOG。 

 


包括中国海军在内的其他国家,还是以CODOG柴燃交替动力为主流


不过,在不远的将来,随着全电驱动技术的日益成熟,联合动力也将逐渐退出历史舞台,届时燃气轮机将以其功率大,体积小的优势一统战舰动力的江湖,在电力推进时代一枝独秀。



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